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JP3876129B2 - Transmission electron microscope - Google Patents
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JP3876129B2 - Transmission electron microscope - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型電子顕微鏡に係り、特に、生体試料等の電子線照射による損傷を受けやすい試料を写真撮影する場合に好適な透過型電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、先に、透過型電子顕微鏡において、生体試料や有機物試料等の電子線損傷を受けやすい試料を、電子線損傷を最小限にして写真撮影することができる最小電子線照射システム(以下、MDS(ミニマム・ドーズ・システム(Minimum Dose System))と称す)を提案した。MDSについては、例えば特公昭59−19408号公報、特公昭61−20108号公報、「日本電子ニュース」(Vol.20 No.3 昭和55年8月20日発行)に開示されており、既に公知の事項であるが、以下、図4を参照して概略説明する。図4において、EBは電子線、3は集束レンズ、4は試料、5は対物レンズ、6は中間レンズ、7は投影レンズ、8は蛍光板、10は撮影装置、11はシャッタ板、20a、20bは偏向コイルを示す。
【0003】
MDSの動作は、基本的には、視野探しモード、焦点合わせモード、写真撮影モードの3つのモードから成り立っており、各モードにおいて集束レンズ3と、偏向コイル20a、20bが、その目的に従って、図示しない制御回路によって自動的に制御されるようになっている。
図4(a)、(b)、(c)において試料4上の点Aは光軸上にあり、点Bは光軸軸外にあるとする。
【0004】
図4に図示しない電子銃から放射された電子線EBは集束レンズ3によつて集束されて試料4上に照射される。該電子線照射により試料4を透過した電子線は対物レンズ5、中間レンズ6及び投影レンズ7からなる拡大レンズ系によつて拡大結象され、蛍光板8上に試料の拡大象が投影される。また、該試料4の拡大像は蛍光板駆動機構(図示せず)による蛍光板8の開放によつて撮影装置10により写真撮影される。
シャッタ板11は、写真撮影する場合に使用されるもので、図示しないシャッタ駆動機構によって開閉される。
偏向コイル20a、20bは、集束レンズ3と試料4との間におかれた2段の偏向コイルである。なお、この偏向コイルは1段でもよいが、ここでは2段の偏向コイルを用いるものとする。
【0005】
まず、視野探しモードの動作を行う。この視野探しモードにおいては、試料4を照射する電子線EBを集束レンズ3によって広げ、偏向コイル20a、20bでその電子線EBの端が光軸上にくるようにする。この端の暗い電子ビーム、即ち照射電子線量の少ない電子ビームを利用して視野探しを行うのである。即ち、試料4を点Aから点Bの方向に移動することによって、電子線量の少ない条件で目的とする視野を探すことができる。なおこのときには、集束レンズ3の励磁電流は視野探しモードに適したものに制御される。
【0006】
図4(a)は、この視野探しモード時の光線図を示すものであり、視野探しモード時には集束レンズ3は強く励磁され、照射電子線(以下、単に電子線と称す)EBは試料4の上方でフォーカスされ、試料4の広い領域を照射する。このため、試料4上での電子流密度は低くなる。また、このときには偏向コイル20a、20bにより電子線EBの中心は図4(a)に示す光線図で示すように光軸外に偏向され、電子線EBの端の部分の一部が光軸上に位置するように偏向される。
【0007】
この状態において、蛍光板8上に投影される試料像を観察しながら試料を水平移動する機構(図示せず)により試料4を図4(a)の左方に移動させることにより、所望とする点Aを蛍光板8の中心に移動させる、つまり視野A点を光軸上に位置させるのである。
【0008】
以上の視野探しモードにより、目的とする視野を探しあてたら、視野探しモードから、焦点合わせモードへ切換える。このときには、制御回路の制御によって、偏向コイル20a、20bには、予め定められた一定の偏向信号が供給され、集束レンズ3には焦点合わせに適した電流値が供給される。具体的には集束レンズ3の励磁は弱められ、電子線EBは試料4上に略フォーカスされる。
【0009】
図4(b)はこのときの光線図を示しており、図の実線で示すように、電子線EBは試料4中の点Bに略フォーカスし、その点Bを透過した電子線が対物レンズ5、中間レンズ6及び投影レンズ7によつて蛍光板8上のPで示す位置に拡大結像される。このとき試料4上の点Bでのスポット径は例えば1μm以下に絞られており、電子流密度は高くなる。
【0010】
このように、焦点合わせモードでは、集束レンズ3と、偏向コイル20a、20bには予め設定されている電流が供給され、細く絞られた電子線EBが光軸外の点Bを照射し、その点Bが蛍光板8上に結像される。従って、この焦点合わせモードで、ルーペ等により蛍光板8上の像を観察することにより、正確に焦点合わせを行うことができる。また、必要があれば非点収差の補正を行なうことができる。そして、この焦点合わせモードの間は、光軸上の点Aにある目的の視野は電子線照射を全く受けていないので、点Aは電子線損傷を全く受けていないのである。なお、試料4中の撮影すべき点A、即ち目的の視野である点Aから、光軸外の点Bまでの距離が短い場合、例えば3μm以内であれば、偏向コイル20a、20bによる偏向収差、及び対物レンズ5による軸外収差は、何れも軸上収差より十分小さい事が確かめられており、従って点Bにおいて行なつた焦点合わせや非点補正はそのまま点Aにおいても適用することができるものである。
【0011】
以上のようにして、焦点合わせモードにより焦点合わせ、あるいは必要に応じて非点補正が完了すると、次の写真撮影のモードに入る。写真撮影モードの設定は、電子顕微鏡の操作パネル上にある写真撮影用のボタンを押すことで行うことができる。この写真撮影モード時には制御回路により、集束レンズ3には写真撮影に適した電流が供給されると同時に、偏向コイル20aにはブランキング信号が供給される。これによって、電子線EBは図4(b)において破線で示すように電子線通路外に偏向され、試料4に到達しない。また、このときには蛍光板駆動機構及びシャッタ駆動機構によって、蛍光板8が開放され、シャッタ板11が閉鎖する。
【0012】
そして、設定された時間t1 経過後、偏向コイル20aに供給されているブランキング信号は停止される。これによって、電子線EBの中心は光軸上に位置される。また、このとき集束レンズ3の写真撮影に適した励磁となされ、電子線EBは図4(a)に示すと略同様にスポット径が大きく、試料4の広い領域を照射する。
【0013】
ブランキング信号が停止されてから、設定された時間t2 経過後、シャッタ板11が開放され、試料4上の点Aの拡大像が撮影装置10のフィルムに露光される。そして、所定の露出時間t3 が経過すると、シャッタ板11は再び閉鎖され、蛍光板8も閉じられる。また、偏向コイル20a、20bには、電子線EBが予め設定した試料4上の点Bを照射するような電流が供給される。なお、蛍光板8が閉じることによりシャッタ坂11が開くように構成されている。
【0014】
以上のように、写真撮影モードでは、蛍光板8が開かれ、同時にシャッタ板11が閉じ、フィルムのかぶりを防止する。そして、電子線EBはブランキングされ、その後、集束レンズ3と偏向コイル20a、20bに供給される電流が予め設定されている電流値に自動的に設定され、電子線EBは撮影に必要なある照射角の条件で、目的の視野を照射することになる。この動作後、シャッタ板11が開き、目的の視野の撮影が行なわれる。
撮影が完了すると、このシステムでは自動的に焦点合わせモードに戻るようになされているので、必要であれば、不要な電子線照射をすることなしにスルーフォーカスの連続写真も撮影可能である。
【0015】
図5に以上のMDSにおける一連の動作のタイミングチャートを示す。図中、横軸は時間を示す。また、t1 ,t2 ,t3 はそれぞれ上述した通りの時間であり、これらの時間はタイマ回路(図4には図示せず)で調節可能である。通常、t1 ,t2 は、それぞれ、10秒程度、0.1秒程度に選ばれる。図5からも明らかなように、MDSでは視野探しから写真撮影に至るまでの動作で、最小電子線照射となることが分かる。
【0016】
ところで、上述したMDSでは次のような問題が生じる。上述したように、焦点合わせモード時には電子線EBは偏向コイル20a、20bによって、予め定められた一定量だけ偏向される。図4(b)、(c)における試料4上の点Bはオペレータが任意に選べるのでなく、電子線EBが予め定められた一定量だけ偏向される位置が点Bの位置なのである。つまり、上述したMDSでは、焦点合わせモード時に電子線EBが偏向される位置は固定されているのである。
【0017】
ところで、試料4はゴニオメータの先端部に設けられている試料ホルダ上に載置されるのであるが、その試料ホルダは金属製のグリッドが縦横に多数配置されたメッシュ状となされている。
従って、図6に示すように、試料上の写真撮影したい点Aが試料ホルダのグリッドGの近傍にある場合には、焦点合わせモード時における電子線EBの偏向先が図6のBで示すように、グリッドGの上に来てしまう場合がある。しかし、試料ホルダのグリッド上では焦点合わせを行うことはできない。
【0018】
そこで、本出願人は、MDSにおいて、焦点合わせモード時に焦点合わせを行う位置を任意に指定することができるMDS(以下、これを便宜的に拡張MDSと称する)を提案した(発明協会公開技報 公技番号99−4615)。以下、この拡張MDSについて、図7を参照して概略説明する。
【0019】
図7は拡張MDS機能を搭載した透過型電子顕微鏡の概略の構成例を示す図であり、図中、21はCCDカメラ等からなるTVカメラ、22は表示制御装置、23はキーボードやポインティングデバイスからなる入力装置、24はCRT、液晶表示装置等の適宜な表示装置からなるモニタ、30は電子顕微鏡本体制御部(以下、単に本体制御部と称す)を示す。また、図7において、図4に示すものと同等なものについては同一の符号を付す。なお、図7においては、図4に示す集束レンズ3、偏向コイル20a、20b、対物レンズ5、中間レンズ6、投影レンズ7、シャッタ板11、撮影装置10については、図が煩雑になるのを避けるために図示を省略している。
【0020】
TVカメラ21は蛍光板8に結像されている拡大像を撮像するためのものであり、アナログカメラでもよく、デジタルカメラでもよい。また、TVカメラ21は、蛍光板8の光軸上の点(視野中心)が撮像画像の中心に位置するように配置されている。この点については以下同じである。
表示制御装置22は、TVカメラ21からの映像信号を取り込みモニタ24に表示する。また、表示制御装置22は、入力装置23によりモニタ24の画面上の位置が指示されると、その指示位置の情報を電子線位置制御情報として本体制御部30に通知する。
本体制御部30は、図7では図示を省略している集束レンズ3、偏向コイル20a、20b、対物レンズ5、中間レンズ6、投影レンズ7、シャッタ板11の動作を制御する。
なお、図7において、TVカメラ21、表示制御装置22、入力装置23、モニタ24及び本体制御部30は電子顕微鏡の鏡筒外に配置されている。鏡筒のTVカメラ21が取り付けられる位置には観測窓が設けられている。ただし、TVカメラ21は鏡筒内に配置することも可能である。
【0021】
以下、拡張MDSの動作を説明する。
この拡張MDSにおいても、まず、視野探しモードを行う。視野探しモードの設定は、本体制御部30の操作パネル(図示せず)の視野探しモード用のボタンを押すことで行うことができる。
【0022】
視野探しモード時の動作は上述した従来のMDSと同じであり、本体制御部30は、各レンズ3〜7や偏向コイル20a、20bが上述した動作を行うように制御する。そして、このとき、表示制御装置22はTVカメラ21で撮像した蛍光板8上の拡大像をモニタ24に表示し、そのモニタ24の画面の中心に視野中心マーカを表示する。この視野中心マーカはどのような形状のものであってもよいが、ここでは「+」の形状とする。
【0023】
そして、この状態において、オペレータはモニタ24の画面を観察しながら、試料を平行移動して、写真撮影したい点を視野中心マーカの位置に一致させる操作を行う。このときのモニタ24の画面の例を図8(a)に示す。図8(a)において「+」で示すものが視野中心マーカであり、この視野中心マーカの位置に、写真撮影したい点Aを一致させるようにするのである。
【0024】
以上のように、写真撮影したい点Aをモニタ24の画面上の視野中心マーカに一致させると視野探しモードは終了となり、次に焦点合わせモードに入る。焦点合わせモードの設定は、本体制御部30の操作パネルの焦点合わせモード用のボタンを押すことで行うことができる。
【0025】
焦点合わせモードでは、オペレータは、視野探しモードが終了した時のモニタ24の画面を観察しながら、入力装置23により、焦点合わせを行う点Bの位置を指定する。この操作は、例えば入力装置23で焦点合わせ位置指定のメニューを選択して、ポインティングデバイスにより小24の画面上の所望の点を指示する。
【0026】
例えば、視野探しモードが終了したときのモニタ24の画面が図8(a)に示すようである場合、上述した従来のMDSによれば、焦点合わせを行う位置は試料ホルダのグリッドG上になってしまう場合があるが、この拡張MDSにおいては、オペレータが任意に焦点合わせ位置を指定できるので、例えば図8(b)のBで示すように、グリッドGを回避して焦点合わせ位置を選択することが可能である。
【0027】
なお、焦点合わせ位置は、視野中心マーカから所定の距離の範囲内とするのがよい。なぜなら、視野中心からの距離が長くなると、偏向コイル20a、20bによる偏向収差、及び対物レンズ5による軸外収差が軸上収差に対して無視できなくなる恐れがあるからである。
【0028】
そして、入力装置23によって焦点合わせ位置が指示されると、表示制御装置22は、指示された焦点合わせ位置の位置情報を入力装置23から取り込み、本体制御部30に電子線位置制御情報として通知する。
【0029】
本体制御部30は、この電子線位置制御情報に基づいて、指示された焦点合わせ位置に電子線EBを集束して、焦点合わせを行うための所定の電子流密度で照射するために必要な集束レンズ3の励磁電流、偏向コイル20a、20bの励磁電流を求め、その求めた励磁電流を集束レンズ3、偏向コイル20a、20bに供給する。なお、集束レンズ3の励磁電流、偏向コイル20a、20bの励磁電流を求めるための演算は、指示された焦点合わせ位置の視野中心からの方向、距離、このときの倍率に基づいて行うことができる。
これによって、指示された焦点合わせ位置の拡大像が蛍光板8に結像され、その像がTVカメラ21によって撮像されてモニタ24に表示されるので、オペレータはモニタ24の画面の像を観察しながら焦点合わせを行う。
【0030】
焦点合わせが終了すると、次に写真撮影モードに入るが、写真撮影モード時の動作は従来と同じであるので、説明を省略する。
【0031】
以上のようであるので、拡大MDSによれば、試料ホルダのグリッドを避けて焦点合わせ位置を、モニタ24の画像を観察しながら、視野中心マーカから所定の距離の範囲内で任意に選択することができるのである。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子顕微鏡では試料を傾斜させた状態で観察する場合があるが、上述したMDSにおいても、拡張MDSにおいても試料を傾斜させた場合については考慮されておらず、試料を傾斜させて像の写真撮影を行う場合には上述したMDSあるいは拡張MDSをそのまま用いることはできないものであった。即ち、試料を傾斜させようとする場合、試料は傾斜軸を中心として傾斜することが知られている。傾斜軸とは、文字通り試料が傾斜する場合の軸となるものである。そして、傾斜軸上のある1点で焦点が合っているとすると、傾斜軸上のその他の点でも焦点は合っているが、傾斜軸を外れた点では焦点は合っていないことも知られている。
【0033】
そこで、いま、拡張MDSを用いて、図9に示すように試料4を傾斜させて、試料4上の点Aの位置の写真撮影をする場合を考える。図9(a)は試料4を斜め方向から見た斜視図であり、図9(b)は試料4上の点Aと点Bを含む線で切った断面図を示している。そして、点Aは図9(a)において破線で示す傾斜軸J上にあるとする。このとき、焦点合わせモードにおいて、焦点合わせ位置として傾斜軸Jから外れた点Bを指示してしまうと、点Bで焦点合わせを行った後に点Aに戻って写真撮影する場合に焦点がずれてしまうことになる。
【0034】
従って、図9に示す場合、焦点合わせ位置としては、例えば図9(a)の黒三角Cで示すような、傾斜軸J上の点を指示する必要があることになり、そのためにはモニタ24の画面上で傾斜軸がどこにあるかが分からなければならないが、従来の拡張MDSでは、モニタ24の画面上でどこに傾斜軸があるのかを知ることはできないものであった。
【0035】
勿論、試料を傾斜させる度毎にどれだけ傾斜させたかをメモしておき、そこからモニタ24の画面上で傾斜軸がどこにあるかを計算することは不可能ではないが、非常に面倒であり、しかも傾斜軸はX,Yの2軸があり、更に試料の回転も可能であるのが通常であるから、それら2軸での試料の傾斜や試料の回転を何度か行うと、モニタ24の画面上で各傾斜軸がどのような位置にあるかを判断することは殆ど不可能となる。そればかりでなく、例え適宜な計算によってモニタ24の画面上で各傾斜軸が現在どの位置にあるかを知ることができたとしても、それには時間を要し、その間にも試料4には電子線EBが照射されているので、試料の電子線損傷が進んでしまうことになる。
【0036】
そこで、本発明は、拡張MDSを用いて試料上の所望の位置の写真撮影を行う場合に、容易に、且つ短時間に焦点合わせ位置を正しく傾斜軸上に設定することができる透過型電子顕微鏡を提供することを目的とするものである。
【0037】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る透過型電子顕微鏡は、電磁レンズ、偏向コイル等の電子顕微鏡本体各部を制御する電子顕微鏡本体制御部と、試料を傾斜あるいは回転させるための傾斜・回転機構と、蛍光板に結像された像を撮像するTVカメラと、表示制御装置と、入力装置と、モニタとを備え、電子顕微鏡本体制御部は、傾斜・回転機構によって試料が傾斜あるいは回転された場合、または電磁レンズにより蛍光板上の像が回転された場合に、傾斜方向とその角度、あるいは回転方向とその角度に基づいて傾斜軸情報を生成して表示制御装置に通知し、表示制御装置は、TVカメラで撮像された拡大像をモニタに表示すると共に、電子顕微鏡本体制御部から受けた傾斜軸情報に基づいてモニタに傾斜軸パターンを表示し、入力装置によって焦点合わせ位置が指示された場合には、当該指示位置から距離が最も近い傾斜軸パターンの傾斜軸上に焦点合わせ位置を設定して、その焦点合わせ位置の情報を電子顕微鏡本体制御部に通知し、電子顕微鏡本体制御部は、表示制御装置から受けた焦点合わせ位置の情報に基づいて、電子線を当該焦点合わせ位置に集束して照射するように電子顕微鏡本体の各部を制御することを特徴とする。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明に係る透過型電子顕微鏡の一実施形態の要部を示す図であり、図中、31は試料の傾斜及び回転を行うための傾斜・回転機構を示す。図1において、図4及び図7に示す構成要素と同等なものについては同一の符号を付して、重複する説明を最小限にとどめることにする。なお、図1においては、図4に示す集束レンズ3、偏向コイル20a、20b、対物レンズ5、中間レンズ6、投影レンズ7、シャッタ板11、撮影装置10については、図が煩雑になるのを避けるために図示を省略している。
【0039】
この透過型電子顕微鏡には、上述した拡張MDS機能が搭載されている。
試料4には傾斜・回転機構31が接続されている。この傾斜・回転機構2は、本体制御部30によって制御される。即ち、本体制御部30の操作パネルで傾斜の方向及び角度が設定されると、本体制御部30は、設定された傾斜の方向と角度を含む傾斜情報を傾斜・回転機構31に与える。同様に、操作パネルで回転の方向及び角度が設定されると、本体制御部30は、設定された回転の方向と角度を含む回転情報を傾斜・回転機構31に与える。これによって、傾斜・回転機構31は傾斜情報あるいは回転情報に従って試料の傾斜あるいは回転を行う。なお、試料を傾斜させたり、回転させたりするための機構は周知であるので説明は省略する。この結果、試料4は設定された方向、角度で傾斜あるいは回転される。
【0040】
また、本体制御部30は、操作パネルで傾斜の方向及び角度が設定されると、設定された傾斜の方向と角度に基づいて、傾斜軸がモニタ24の画面上でどのような位置、方向となるかを求め、それを傾斜軸情報として表示制御装置22に通知する。試料が傾斜されたときに傾斜軸がモニタ24の画面上のどのような位置で、どのような方向となるかは演算により求めることができる。即ち、TVカメラ21の配置状態は既知であり、試料の観測を一旦傾斜も回転もない状態に戻してから始めるものとすると、TVカメラ21の配置状態と、観測開始時からの試料の傾斜の設定状態に基づいて、モニタ24の画面上で傾斜軸がどのような位置に、どのような方向にあるかを求めることが可能である。
同様に、本体制御部30は、操作パネルで試料回転の方向及び角度が設定されると、設定された回転の方向と角度に基づいて、傾斜軸がモニタ24の画面上でどのような位置、方向となるかを求め、それを傾斜軸情報として表示制御装置22に通知する。試料が回転されたときに傾斜軸がモニタ24の画面上のどのような位置で、どのような方向となるかは上述したと同様に演算により求めることができる。
そして、本体制御部30は、試料の傾斜や回転が設定される度毎に傾斜軸情報を表示制御装置22に通知する。
【0041】
表示制御装置22は、本体制御部30から受けた傾斜軸情報に基づいて、傾斜軸のパターンを発生させ、その傾斜軸のパターンを傾斜軸情報で指示されている位置に、指示された方向に表示する。このときにはTVカメラ21からの画像もモニタ24に表示されているから、モニタ24の画面にはTVカメラ21で撮像した画像と傾斜軸のパターンが重畳表示される。
【0042】
そのようなモニタ24の画面の例を図2(a)に示す。図2(a)において、40は傾斜軸パターンを示している。なお、試料の拡大像は図示を省略している。
傾斜軸パターン40の中心に表示されている実線の直線が傾斜軸Jを示し、その傾斜軸Jの両側には所定の幅を有する矩形41、42が描画されている。そして、これらの矩形41、42は互いに異なる色で表示される。この矩形41、424の色分けは傾斜の方向を示しており、例えば矩形41が正方向への傾斜を示しているものとすると、矩形42は負方向への傾斜を示している。従って、オペレータは、該傾斜軸パターン40を観察することによって、この後に当該傾斜軸Jを中心として傾斜させる場合に、正方向の傾斜の方向、負方向の傾斜の方向を容易に判断することができる。
以上は試料の傾斜について説明したが、試料の回転についても同様である。
【0043】
なお、傾斜軸パターン40の表示は、継続して行うことなく一時的に表示するようにしてもよい。そのためには、例えば入力装置23によって傾斜軸パターンの表示/非表示を選択できるようにしてもよく、あるいは、表示制御装置22に、傾斜軸パターンの表示の後、一定時間経過したら傾斜軸パターンを消去する機能を持たせてもよい。
【0044】
図2(a)の説明では、傾斜軸は1軸としたが、試料4の傾斜をX、Yの2軸に対して行う場合には、傾斜軸パターンの表示を図2(b)に示すように、複数本表示とすることが望ましい。なお、図2(b)において50は例えばX方向の傾斜軸パターン、60は例えばY方向の傾斜軸パターンを示している。この2つの傾斜軸パターン50、60は直交していることは当然である。
【0045】
以上のように、傾斜軸パターンをモニタ24に試料の拡大像と重畳表示することによって、オペレータは、現在の傾斜軸がどのようになっているか、この後に正方向あるいは負方向に傾斜させるとどちらの方向に傾斜するかを容易に、短時間で判断することができ、また、この後に試料の回転を行った場合にどのようになるかを容易に予測することが可能となる。
【0046】
以上での説明では傾斜の方向を色分けした矩形で表示するものとしたが、正方向と負方向が分かるような表示を行えばよいので、矩形に限らず色分けした矢印や適宜なマーク等を表示してもよいものである。なお、上述した傾斜軸パターンの表示については、本出願人が特開2001−57170号公報で提案した公知の技術を用いればよい。
【0047】
電子顕微鏡には、上述したように試料4自体を回転させる機能の他に、電磁レンズの励磁を調整することによって蛍光板8上の拡大像を回転させる機能があるのが通常である。そして、このような像の回転を行った場合にもモニタ24の画面に表示する傾斜軸パターンを回転させる必要がある。そこで、本体制御部30は、操作パネルで像の回転の操作が行われた場合には、その都度、その像回転の回転方向、回転角度に基づいて、モニタ24の画面上で傾斜軸がどのように変化するかを求めて、傾斜軸情報として表示制御装置22に通知する。これによって表示制御装置22は傾斜軸パターンを、傾斜軸情報で指示された方向、角度だけ回転させる。
【0048】
次に、写真撮影を行う場合のオペレータの操作、そのときの動作について説明する。なお、以下においては理解を容易にするために、傾斜軸パターンは図2(a)に示すように1軸のみを表示するものとするが、X、Yの2軸の傾斜軸パターンを表示する場合も同様である。
【0049】
まず、オペレータは操作パネルを操作して、視野探しモードを設定する。このときにはモニタ24に傾斜軸パターンを表示するようにする。
このときのオペレータの基本的な操作は次のようである。オペレータは、試料4を傾斜も、回転も、更には平行移動もない状態にする。そしてこのとき、図3(a)に示すようにモニタ24の画面に表示される傾斜軸パターン40は真横になっているとする。図3(a)において、Mを付した「+」のマークは視野中心マーカである。そして、このときには視野中心マーカMは傾斜軸パターンの傾斜軸J上にあることは明らかである。なお、図3においては試料の拡大像は図示を省略している。
【0050】
オペレータはこの状態でモニタ24の画面を観察しながら、試料4を平行移動して写真撮影したい撮影ポイントを視野中心マーカMの位置に一致させ、その後試料の傾斜、回転、あるいは像の回転を行う。このとき本体制御部30から表示制御装置22に対して傾斜軸情報が通知されることは上述した通りである。そして、このときには試料の平行移動は行わないから、視野中心マーカはモニタ24の画面の中心にあり、撮影ポイントは視野中心マーカMと一致している。
なお、このときの集束レンズ3、偏向コイル20a、20bの励磁は上述したと同じに本体制御部30により制御されている。
【0051】
このようにして視野探しモードが終了すると、オペレータは次に操作パネルを操作して焦点合わせモードを設定する。そして、オペレータは入力装置23により焦点合わせ位置を指示するが、この焦点合わせ位置としては、撮影ポイント、即ち視野中心マーカM以外の傾斜軸J上の点を指示する。
【0052】
この焦点合わせ位置の指示は入力装置23のポインティングデバイスを用いて行うが、正確に傾斜軸J上の点を指示できるとは限らない。そこで、表示制御装置22は、ポインティングデバイスで指示された点に距離が最も近い傾斜軸J上の点を焦点合わせ位置として取り込む。いわゆる丸め込み処理を行うのである。
【0053】
例えば、視野探しモードが終了したとき傾斜軸パターン40が図3(b)に示すようであり、オペレータが傾斜軸Jから少し外れた図中の点Bを指示したとすると、表示制御装置22は当該点Bから距離が最も近い傾斜軸J上の点B′を焦点合わせ位置とするのである。点Bから距離が最も近い傾斜軸J上の点B′は、点Bから傾斜軸Jにおろした垂線との交点であることは明らかである。
【0054】
図3(b)では試料ホルダのグリッドは示していないが、焦点合わせ位置を指示するにグリッドを回避するようにすることは上述した通りである。また、焦点合わせ位置は、視野中心マーカMから所定の距離の範囲内となるように指示するのも上述した通りである。
なお、このときの集束レンズ3、偏向コイル20a、20bの励磁も上述したと同じに本体制御部30により制御されている。
【0055】
そして、入力装置23によって焦点合わせ位置が指示されると、表示制御装置22は、焦点合わせ位置の位置情報を入力装置23から取り込み、本体制御部30に電子線位置制御情報として通知する。
【0056】
本体制御部30は、この電子線位置制御情報に基づいて、指示された焦点合わせ位置に電子線EBを集束して、焦点合わせを行うための所定の電子流密度で照射するために必要な集束レンズ3の励磁電流、偏向コイル20a、20bの励磁電流を求め、その求めた励磁電流を集束レンズ3、偏向コイル20a、20bに供給する。これによって、指示された焦点合わせ位置の拡大像が蛍光板8に結像され、その像がTVカメラ21によって撮像されてモニタ24に表示されるので、オペレータはモニタ24の画面の像を観察しながら焦点合わせを行う。
焦点合わせが終了すると、次に写真撮影モードに入るが、写真撮影モード時の動作は従来と同じであるので、説明を省略する。
【0057】
以上のようであるので、この透過型電子顕微鏡によれば、上述した拡張MDSの効果に加えて、焦点合わせ位置を容易に、且つ短時間に傾斜軸J上に指示できるので、試料4の電子線損傷を最小限にとどめることができる。
【0058】
以上、写真撮影を行う場合の基本的な操作、及びそのときの動作について説明したが、撮影ポイント及び焦点合わせ位置は傾斜軸パターンの傾斜軸J上に設定すればよいので、撮影ポイントは必ずしも視野中心マーカMに一致させる必要はないものである。また、撮影ポイントは傾斜軸J上に複数点設定可能であり、その場合の撮影ポイントの撮影順序は、オペレータが適宜に設定できるようにしてもよく、表示制御装置22あるいは本体制御部30において、例えば傾斜軸Jの左から順番に、あるいは乱数を用いてランダムにというように、自動的に撮影ポイントの撮影順序を決定するようにしてもよい。この場合には、一つの撮影ポイントの撮影を終了したら、電子線EBを次の撮影ポイントに偏向させるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る透過型電子顕微鏡の一実施形態の要部を示す図である。
【図2】傾斜軸パターンの表示の例を示す図である。
【図3】図1に示す透過型電子顕微鏡における視野探しモード時のモニタ24に表示される画面の例を示す図である。
【図4】MDSの動作を説明するための図である。
【図5】MDSにおける一連の動作のタイミングチャートである。
【図6】MDSの問題点を説明するための図である。
【図7】拡張MDS機能を搭載した透過型電子顕微鏡の概略の構成例を示す図である。
【図8】拡張MDSの機能を説明するための図である。
【図9】本発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
EB…電子線、3…集束レンズ、4…試料、5…対物レンズ、6…中間レンズ、7…投影レンズ、8…蛍光板、10…撮影装置、11…シャッタ板、20a、20b…偏向コイル、21…TVカメラ、22…表示制御装置、23…入力装置、24…モニタ、30…電子顕微鏡本体制御部、31…傾斜・回転機構。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission electron microscope, and more particularly to a transmission electron microscope suitable for taking a photograph of a sample that is easily damaged by electron beam irradiation, such as a biological sample.
[0002]
[Prior art]
The present applicant has previously described a minimum electron beam irradiation system that can take a photograph of a sample that is susceptible to electron beam damage, such as a biological sample or an organic sample, with minimal electron beam damage in a transmission electron microscope ( In the following, MDS (referred to as the Minimum Dose System) was proposed. MDS is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 59-19408, Japanese Patent Publication No. 61-20108, and “Nippon Denshi News” (Vol.20 No.3 issued on August 20, 1980), which is already publicly known. This will be outlined below with reference to FIG. In FIG. 4, EB is an electron beam, 3 is a focusing lens, 4 is a sample, 5 is an objective lens, 6 is an intermediate lens, 7 is a projection lens, 8 is a fluorescent plate, 10 is a photographing device, 11 is a shutter plate, 20a and 20b. Indicates a deflection coil.
[0003]
The operation of the MDS basically consists of three modes: a visual field search mode, a focusing mode, and a photography mode. In each mode, the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b are illustrated according to their purposes. It is automatically controlled by a control circuit that does not.
4A, 4B, and 4C, the point A on the sample 4 is on the optical axis, and the point B is outside the optical axis.
[0004]
An electron beam EB emitted from an electron gun (not shown in FIG. 4) is focused by the focusing lens 3 and irradiated onto the sample 4. The electron beam transmitted through the sample 4 by the electron beam irradiation is magnified by a magnifying lens system including the objective lens 5, the intermediate lens 6, and the projection lens 7, and the magnified elephant of the sample is projected onto the fluorescent plate 8. An enlarged image of the sample 4 is photographed by the photographing device 10 by opening the fluorescent plate 8 by a fluorescent plate driving mechanism (not shown).
The shutter plate 11 is used when taking a picture and is opened and closed by a shutter drive mechanism (not shown).
The deflection coils 20 a and 20 b are two-stage deflection coils placed between the focusing lens 3 and the sample 4. Although this deflection coil may be one stage, it is assumed here that a two-stage deflection coil is used.
[0005]
First, the visual field search mode is operated. In this visual field search mode, the electron beam EB that irradiates the sample 4 is spread by the focusing lens 3, and the ends of the electron beam EB are placed on the optical axis by the deflection coils 20a and 20b. The field of view is searched using the dark electron beam at this end, that is, an electron beam with a small dose of irradiated electrons. That is, by moving the sample 4 from the point A to the point B, it is possible to search for a target visual field under a condition where the electron dose is small. At this time, the excitation current of the focusing lens 3 is controlled to be suitable for the visual field search mode.
[0006]
FIG. 4A shows a ray diagram in the visual field search mode. In the visual field search mode, the focusing lens 3 is strongly excited, and an irradiation electron beam (hereinafter simply referred to as an electron beam) EB is applied to the sample 4. Focusing on the upper side, a wide area of the sample 4 is irradiated. For this reason, the electron current density on the sample 4 becomes low. At this time, the center of the electron beam EB is deflected out of the optical axis by the deflection coils 20a and 20b as shown in the ray diagram of FIG. 4A, and a part of the end of the electron beam EB is on the optical axis. Is deflected to be located at
[0007]
In this state, a desired point is obtained by moving the sample 4 to the left in FIG. 4A by a mechanism (not shown) that horizontally moves the sample while observing the sample image projected on the fluorescent screen 8. A is moved to the center of the fluorescent plate 8, that is, the point of view A is positioned on the optical axis.
[0008]
When the target visual field is searched for by the above visual field searching mode, the visual field searching mode is switched to the focusing mode. At this time, a predetermined constant deflection signal is supplied to the deflection coils 20a and 20b and a current value suitable for focusing is supplied to the focusing lens 3 under the control of the control circuit. Specifically, the excitation of the focusing lens 3 is weakened, and the electron beam EB is substantially focused on the sample 4.
[0009]
FIG. 4B shows a ray diagram at this time. As shown by the solid line in the figure, the electron beam EB is substantially focused on the point B in the sample 4 and the electron beam transmitted through the point B is the objective lens. 5. The enlarged image is formed at the position indicated by P on the fluorescent screen 8 by the intermediate lens 6 and the projection lens 7. At this time, the spot diameter at the point B on the sample 4 is reduced to, for example, 1 μm or less, and the electron flow density becomes high.
[0010]
As described above, in the focusing mode, a preset current is supplied to the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b, and the narrowed electron beam EB irradiates the point B outside the optical axis. The point B is imaged on the fluorescent screen 8. Accordingly, in this focusing mode, it is possible to perform focusing accurately by observing the image on the fluorescent screen 8 with a loupe or the like. Further, astigmatism can be corrected if necessary. During this focusing mode, the target field at the point A on the optical axis is not irradiated with the electron beam at all, and the point A is not damaged at all by the electron beam. When the distance from the point A to be photographed in the sample 4, that is, the point A that is the target field of view, to the point B outside the optical axis is short, for example, within 3 μm, the deflection aberration caused by the deflection coils 20a and 20b. , And the off-axis aberration due to the objective lens 5 are confirmed to be sufficiently smaller than the on-axis aberration, and thus focusing and astigmatism correction performed at the point B can be applied to the point A as they are. Is.
[0011]
As described above, when focusing is performed in the focusing mode or astigmatism correction is completed as necessary, the next photography mode is entered. The photography mode can be set by pressing a photography button on the operation panel of the electron microscope. In this photography mode, a current suitable for photography is supplied to the focusing lens 3 by the control circuit, and at the same time, a blanking signal is supplied to the deflection coil 20a. As a result, the electron beam EB is deflected out of the electron beam path as indicated by a broken line in FIG. At this time, the fluorescent plate drive mechanism and the shutter drive mechanism open the fluorescent plate 8 and close the shutter plate 11.
[0012]
Then, after the set time t1 has elapsed, the blanking signal supplied to the deflection coil 20a is stopped. As a result, the center of the electron beam EB is positioned on the optical axis. At this time, excitation suitable for photography of the focusing lens 3 is performed, and the electron beam EB has a large spot diameter and irradiates a wide area of the sample 4 as shown in FIG.
[0013]
After a set time t2 has elapsed since the blanking signal was stopped, the shutter plate 11 is opened, and an enlarged image of the point A on the sample 4 is exposed on the film of the photographing apparatus 10. When the predetermined exposure time t3 has elapsed, the shutter plate 11 is closed again and the fluorescent plate 8 is also closed. The deflection coils 20a and 20b are supplied with a current such that the electron beam EB irradiates a preset point B on the sample 4. Note that the shutter slope 11 is configured to open when the fluorescent plate 8 is closed.
[0014]
As described above, in the photography mode, the fluorescent plate 8 is opened and at the same time the shutter plate 11 is closed to prevent the film from being fogged. Then, the electron beam EB is blanked, and then the current supplied to the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b is automatically set to a preset current value, and the electron beam EB is necessary for photographing. The target visual field is irradiated under the condition of the irradiation angle. After this operation, the shutter plate 11 is opened, and the target field of view is photographed.
When the photographing is completed, the system automatically returns to the focusing mode. Therefore, if necessary, a through-focus continuous photograph can be taken without unnecessary electron beam irradiation.
[0015]
FIG. 5 shows a timing chart of a series of operations in the above MDS. In the figure, the horizontal axis indicates time. Further, t1, t2, and t3 are times as described above, and these times can be adjusted by a timer circuit (not shown in FIG. 4). Usually, t1 and t2 are selected to be about 10 seconds and about 0.1 seconds, respectively. As is apparent from FIG. 5, it can be seen that MDS provides the minimum electron beam irradiation in the operation from the field of view search to the photography.
[0016]
By the way, the following problems occur in the MDS described above. As described above, in the focusing mode, the electron beam EB is deflected by a predetermined amount by the deflection coils 20a and 20b. 4B and 4C, the point B on the sample 4 cannot be arbitrarily selected by the operator, and the position where the electron beam EB is deflected by a predetermined amount is the position of the point B. That is, in the MDS described above, the position where the electron beam EB is deflected in the focusing mode is fixed.
[0017]
By the way, the sample 4 is placed on a sample holder provided at the tip of the goniometer. The sample holder has a mesh shape in which a number of metal grids are arranged vertically and horizontally.
Therefore, as shown in FIG. 6, when the point A to be photographed on the sample is in the vicinity of the grid G of the sample holder, the deflection destination of the electron beam EB in the focusing mode is indicated by B in FIG. In some cases, it may come on the grid G. However, focusing cannot be performed on the grid of the sample holder.
[0018]
In view of this, the present applicant has proposed an MDS (hereinafter referred to as an extended MDS for convenience) in which MDS can arbitrarily specify a focus position in the focus mode (hereinafter referred to as an extended MDS). Public technical number 99-4615). Hereinafter, this extended MDS will be schematically described with reference to FIG.
[0019]
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration example of a transmission electron microscope equipped with an extended MDS function, in which 21 is a TV camera composed of a CCD camera, 22 is a display control device, and 23 is a keyboard or pointing device. An input device 24, a monitor 24 including an appropriate display device such as a CRT or a liquid crystal display device, and an electron microscope main body control section (hereinafter simply referred to as a main body control section) 30. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. In FIG. 7, the focusing lens 3, the deflection coils 20a and 20b, the objective lens 5, the intermediate lens 6, the projection lens 7, the shutter plate 11, and the photographing apparatus 10 shown in FIG. Illustration is omitted for the sake of avoidance.
[0020]
The TV camera 21 is for capturing a magnified image formed on the fluorescent screen 8, and may be an analog camera or a digital camera. Further, the TV camera 21 is arranged so that a point (field center) on the optical axis of the fluorescent screen 8 is located at the center of the captured image. The same applies to this point.
The display control device 22 takes in the video signal from the TV camera 21 and displays it on the monitor 24. Further, when the position on the screen of the monitor 24 is designated by the input device 23, the display control device 22 notifies the main body control unit 30 of information on the designated position as electron beam position control information.
The main body control unit 30 controls operations of the focusing lens 3, the deflection coils 20 a and 20 b, the objective lens 5, the intermediate lens 6, the projection lens 7, and the shutter plate 11 that are not shown in FIG.
In FIG. 7, the TV camera 21, the display control device 22, the input device 23, the monitor 24, and the main body control unit 30 are arranged outside the lens barrel of the electron microscope. An observation window is provided at a position where the lens barrel TV camera 21 is attached. However, the TV camera 21 can also be arranged in the lens barrel.
[0021]
Hereinafter, the operation of the extended MDS will be described.
Also in this extended MDS, first, the visual field search mode is performed. The visual field search mode can be set by pressing a visual field search mode button on an operation panel (not shown) of the main body control unit 30.
[0022]
The operation in the visual field search mode is the same as that of the conventional MDS described above, and the main body control unit 30 controls the lenses 3 to 7 and the deflection coils 20a and 20b to perform the above-described operation. At this time, the display control device 22 displays an enlarged image on the fluorescent screen 8 captured by the TV camera 21 on the monitor 24 and displays a visual field center marker at the center of the screen of the monitor 24. Although this visual field center marker may have any shape, it is assumed to be a “+” shape here.
[0023]
In this state, the operator translates the sample while observing the screen of the monitor 24, and performs an operation of matching the point to be photographed with the position of the visual field center marker. An example of the screen of the monitor 24 at this time is shown in FIG. In FIG. 8A, what is indicated by “+” is a visual field center marker, and the point A to be photographed is made to coincide with the position of the visual field center marker.
[0024]
As described above, when the point A to be photographed is matched with the visual field center marker on the screen of the monitor 24, the visual field search mode is terminated, and then the focusing mode is entered. The setting of the focusing mode can be performed by pressing a button for the focusing mode on the operation panel of the main body control unit 30.
[0025]
In the focusing mode, the operator designates the position of the point B to be focused by the input device 23 while observing the screen of the monitor 24 when the visual field search mode is completed. In this operation, for example, a menu for specifying a focus position is selected by the input device 23, and a desired point on the small 24 screen is designated by the pointing device.
[0026]
For example, when the screen of the monitor 24 when the visual field search mode ends is as shown in FIG. 8A, the position for focusing is on the grid G of the sample holder according to the conventional MDS described above. However, in this extended MDS, the operator can arbitrarily designate the focus position, and therefore, for example, as shown by B in FIG. 8B, the focus position is selected while avoiding the grid G. It is possible.
[0027]
The focusing position is preferably within a predetermined distance from the visual field center marker. This is because if the distance from the center of the field of view becomes long, the deflection aberration caused by the deflection coils 20a and 20b and the off-axis aberration caused by the objective lens 5 may not be ignored with respect to the on-axis aberration.
[0028]
When the focus position is instructed by the input device 23, the display control device 22 takes in the position information of the instructed focus position from the input device 23 and notifies the main body control unit 30 as electron beam position control information. .
[0029]
Based on this electron beam position control information, the main body control unit 30 focuses the electron beam EB at the designated focusing position and performs focusing necessary for irradiation with a predetermined electron current density for focusing. The excitation current of the lens 3 and the excitation current of the deflection coils 20a and 20b are obtained, and the obtained excitation current is supplied to the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b. The calculation for obtaining the exciting current of the focusing lens 3 and the exciting currents of the deflection coils 20a and 20b can be performed based on the direction and distance from the center of the visual field of the designated focusing position, and the magnification at this time. .
As a result, an enlarged image of the instructed focusing position is formed on the fluorescent screen 8, and the image is picked up by the TV camera 21 and displayed on the monitor 24. Therefore, the operator observes the image on the screen of the monitor 24. Focus.
[0030]
When focusing is completed, the camera enters the photo shooting mode. The operation in the photo shooting mode is the same as the conventional one, and the description thereof is omitted.
[0031]
As described above, according to the enlarged MDS, the focusing position can be arbitrarily selected within a predetermined distance from the visual field center marker while observing the image on the monitor 24 while avoiding the grid of the sample holder. Can do it.
[0032]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the electron microscope, there is a case where the sample is observed in a tilted state, but neither the above-described MDS nor the extended MDS considers the case where the sample is tilted. When taking a picture, the above-described MDS or extended MDS cannot be used as it is. That is, when the sample is to be tilted, it is known that the sample is tilted about the tilt axis. The tilt axis is literally the axis when the sample is tilted. And if it is in focus at one point on the tilt axis, it is also known that it is in focus at other points on the tilt axis but not at a point off the tilt axis. Yes.
[0033]
Therefore, consider a case where the extended MDS is used to incline the sample 4 as shown in FIG. 9 and take a picture of the position of the point A on the sample 4. FIG. 9A is a perspective view of the sample 4 viewed from an oblique direction, and FIG. 9B shows a cross-sectional view taken along a line including the points A and B on the sample 4. The point A is assumed to be on the tilt axis J indicated by a broken line in FIG. At this time, if a point B deviating from the tilt axis J is designated as the focus position in the focus mode, the focus is shifted when the photograph is taken after returning to the point A after performing the focus at the point B. Will end up.
[0034]
Therefore, in the case shown in FIG. 9, it is necessary to indicate a point on the tilt axis J as indicated by the black triangle C in FIG. However, in the conventional extended MDS, it is impossible to know where the tilt axis is on the screen of the monitor 24.
[0035]
Of course, it is not impossible to make a note of how much the sample is tilted each time the sample is tilted, and from there it is impossible to calculate where the tilt axis is on the screen of the monitor 24, but it is very troublesome. In addition, since the tilt axis has two axes, X and Y, and the sample can normally be rotated, if the sample is tilted or the sample is rotated several times along these two axes, the monitor 24 is rotated. It is almost impossible to determine the position of each tilt axis on the screen. In addition, even if it is possible to know the position of each tilt axis on the screen of the monitor 24 by appropriate calculation, it takes time, and in the meantime, the sample 4 has an electron. Since the line EB is irradiated, the electron beam damage of the sample proceeds.
[0036]
Therefore, the present invention provides a transmission electron microscope that can easily and accurately set a focusing position on an inclined axis when taking a photograph of a desired position on a sample using an extended MDS. Is intended to provide.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a transmission electron microscope according to the present invention includes an electron microscope main body control unit that controls each part of the electron microscope main body such as an electromagnetic lens and a deflection coil, and an inclination / rotation for rotating the sample. A rotation mechanism, a TV camera that captures an image formed on the fluorescent screen, a display control device, an input device, and a monitor are provided. The electron microscope main body control unit tilts or rotates the sample by the tilt / rotation mechanism. When the image on the fluorescent screen is rotated by an electromagnetic lens, the tilt direction and its angle, or the tilt direction information is generated based on the rotation direction and its angle and notified to the display control device. Displays a magnified image captured by the TV camera on the monitor and displays a tilt axis pattern on the monitor based on the tilt axis information received from the control unit of the electron microscope main body. When the focus position is instructed by the position, the focus position is set on the tilt axis of the tilt axis pattern that is closest to the indicated position, and information on the focus position is sent to the control unit of the electron microscope. The electronic microscope body control unit controls the respective parts of the electron microscope body so as to focus and irradiate the electron beam at the focusing position based on the information on the focusing position received from the display control device. Features.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a main part of an embodiment of a transmission electron microscope according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 31 denotes an inclination / rotation mechanism for inclining and rotating a sample. In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 4 and FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and overlapping description is minimized. In FIG. 1, the focusing lens 3, the deflection coils 20a and 20b, the objective lens 5, the intermediate lens 6, the projection lens 7, the shutter plate 11, and the photographing device 10 shown in FIG. Illustration is omitted for the sake of avoidance.
[0039]
This transmission electron microscope is equipped with the above-described extended MDS function.
An inclination / rotation mechanism 31 is connected to the sample 4. The tilt / rotation mechanism 2 is controlled by the main body control unit 30. That is, when the tilt direction and angle are set on the operation panel of the main body control unit 30, the main body control unit 30 provides tilt information including the set tilt direction and angle to the tilt / rotation mechanism 31. Similarly, when the rotation direction and angle are set on the operation panel, the main body control unit 30 provides rotation information including the set rotation direction and angle to the tilt / rotation mechanism 31. Thus, the tilt / rotation mechanism 31 tilts or rotates the sample according to the tilt information or the rotation information. Since the mechanism for tilting and rotating the sample is well known, description thereof is omitted. As a result, the sample 4 is tilted or rotated at the set direction and angle.
[0040]
When the tilt direction and angle are set on the operation panel, the main body control unit 30 determines the position and direction of the tilt axis on the screen of the monitor 24 based on the set tilt direction and angle. It is calculated and it is notified to the display control device 22 as tilt axis information. When the sample is tilted, the position and direction of the tilt axis on the screen of the monitor 24 can be obtained by calculation. That is, the arrangement state of the TV camera 21 is known, and if the observation of the sample is started after returning to a state where there is neither tilt nor rotation, the arrangement state of the TV camera 21 and the inclination of the sample from the start of observation are assumed. Based on the setting state, it is possible to determine in what position and in what direction the tilt axis is on the screen of the monitor 24.
Similarly, when the direction and angle of sample rotation are set on the operation panel, the main body control unit 30 determines the position of the tilt axis on the screen of the monitor 24 based on the set direction and angle of rotation. The direction is determined, and this is notified to the display control device 22 as tilt axis information. The position and the direction of the tilt axis on the screen of the monitor 24 when the sample is rotated can be obtained by calculation as described above.
The main body control unit 30 notifies the display control device 22 of the tilt axis information every time the tilt or rotation of the sample is set.
[0041]
The display control device 22 generates a tilt axis pattern based on the tilt axis information received from the main body control unit 30, and sets the tilt axis pattern to the position indicated by the tilt axis information in the indicated direction. indicate. Since the image from the TV camera 21 is also displayed on the monitor 24 at this time, the image captured by the TV camera 21 and the tilt axis pattern are superimposed on the screen of the monitor 24.
[0042]
An example of such a screen of the monitor 24 is shown in FIG. In FIG. 2A, reference numeral 40 denotes a tilt axis pattern. The enlarged image of the sample is not shown.
A solid straight line displayed at the center of the tilt axis pattern 40 indicates the tilt axis J, and rectangles 41 and 42 having a predetermined width are drawn on both sides of the tilt axis J. These rectangles 41 and 42 are displayed in different colors. The color classification of the rectangles 41 and 424 indicates the inclination direction. For example, if the rectangle 41 indicates the inclination in the positive direction, the rectangle 42 indicates the inclination in the negative direction. Therefore, by observing the tilt axis pattern 40, the operator can easily determine the direction of the positive tilt and the direction of the negative tilt when tilting around the tilt axis J. it can.
Although the above has described the inclination of the sample, the same applies to the rotation of the sample.
[0043]
The display of the tilt axis pattern 40 may be temporarily displayed without being continuously performed. For this purpose, for example, display / non-display of the tilt axis pattern may be selected by the input device 23, or the tilt axis pattern is displayed on the display control device 22 after a certain time has elapsed after the tilt axis pattern is displayed. A function of erasing may be provided.
[0044]
In the description of FIG. 2A, the tilt axis is one axis, but when the sample 4 is tilted with respect to the X and Y axes, the tilt axis pattern display is shown in FIG. Thus, it is desirable to display a plurality of lines. In FIG. 2B, 50 indicates an inclination axis pattern in the X direction, and 60 indicates an inclination axis pattern in the Y direction, for example. Of course, the two inclined axis patterns 50 and 60 are orthogonal to each other.
[0045]
As described above, the tilt axis pattern is superposed and displayed on the monitor 24 with the magnified image of the sample, so that the operator can determine what the current tilt axis is and then tilt it in the positive or negative direction. It is possible to easily determine in a short time whether to incline in the direction, and it is possible to easily predict what will happen when the sample is rotated thereafter.
[0046]
In the above description, the direction of the inclination is displayed in a color-coded rectangle. However, since it is sufficient to display the positive direction and the negative direction, not only the rectangle but also a color-coded arrow or appropriate mark is displayed. You may do it. In addition, what is necessary is just to use the well-known technique which the present applicant proposed in Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-57170 about the display of the inclination axis pattern mentioned above.
[0047]
In addition to the function of rotating the sample 4 itself as described above, the electron microscope usually has a function of rotating an enlarged image on the fluorescent screen 8 by adjusting the excitation of the electromagnetic lens. Even when such an image rotation is performed, it is necessary to rotate the tilt axis pattern displayed on the screen of the monitor 24. Therefore, the main body control unit 30 determines which tilt axis is displayed on the screen of the monitor 24 on the basis of the rotation direction and the rotation angle of the image rotation every time an image rotation operation is performed on the operation panel. The display control device 22 is notified as tilt axis information. As a result, the display control device 22 rotates the tilt axis pattern by the direction and angle specified by the tilt axis information.
[0048]
Next, the operation of the operator when taking a picture and the operation at that time will be described. In the following, in order to facilitate understanding, the tilt axis pattern displays only one axis as shown in FIG. 2A, but displays the X and Y tilt axes patterns. The same applies to the case.
[0049]
First, the operator operates the operation panel to set the visual field search mode. At this time, the tilt axis pattern is displayed on the monitor 24.
The basic operation of the operator at this time is as follows. The operator puts the sample 4 in a state where there is no tilt, no rotation, and no translation. At this time, it is assumed that the tilt axis pattern 40 displayed on the screen of the monitor 24 is right side as shown in FIG. In FIG. 3A, a “+” mark with M is a visual field center marker. At this time, it is clear that the visual field center marker M is on the tilt axis J of the tilt axis pattern. In FIG. 3, the enlarged image of the sample is not shown.
[0050]
While observing the screen of the monitor 24 in this state, the operator translates the sample 4 to match the photographing point to be photographed with the position of the visual field center marker M, and then tilts, rotates, or rotates the sample. . At this time, the tilt axis information is notified from the main body control unit 30 to the display control device 22 as described above. At this time, since the sample is not translated, the visual field center marker is at the center of the screen of the monitor 24, and the imaging point coincides with the visual field center marker M.
The excitation of the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b at this time is controlled by the main body control unit 30 in the same manner as described above.
[0051]
When the visual field search mode ends in this way, the operator then operates the operation panel to set the focusing mode. Then, the operator designates a focus position using the input device 23. As the focus position, the operator designates a photographing point, that is, a point on the tilt axis J other than the visual field center marker M.
[0052]
Although this focusing position is instructed using the pointing device of the input device 23, the point on the tilt axis J cannot always be instructed accurately. Therefore, the display control device 22 takes in the point on the tilt axis J that is closest to the point designated by the pointing device as the focus position. A so-called rounding process is performed.
[0053]
For example, if the tilt axis pattern 40 is as shown in FIG. 3B when the visual field search mode ends, and the operator points to the point B in the figure that is slightly off the tilt axis J, the display control device 22 The point B ′ on the tilt axis J closest to the point B is set as the focusing position. It is obvious that the point B ′ on the tilt axis J closest to the point B is the intersection with the perpendicular line extending from the point B to the tilt axis J.
[0054]
Although the grid of the sample holder is not shown in FIG. 3B, as described above, the grid is avoided to indicate the focusing position. In addition, as described above, the focus position is instructed to be within a predetermined distance from the visual field center marker M.
The excitation of the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b at this time is also controlled by the main body control unit 30 in the same manner as described above.
[0055]
When the focus position is instructed by the input device 23, the display control device 22 takes in the position information of the focus position from the input device 23 and notifies the main body control unit 30 as the electron beam position control information.
[0056]
Based on this electron beam position control information, the main body control unit 30 focuses the electron beam EB at the designated focusing position and performs focusing necessary for irradiation with a predetermined electron current density for focusing. The excitation current of the lens 3 and the excitation current of the deflection coils 20a and 20b are obtained, and the obtained excitation current is supplied to the focusing lens 3 and the deflection coils 20a and 20b. As a result, an enlarged image of the instructed focusing position is formed on the fluorescent screen 8, and the image is picked up by the TV camera 21 and displayed on the monitor 24. Therefore, the operator observes the image on the screen of the monitor 24. Focus.
When focusing is completed, the camera enters the photo shooting mode. The operation in the photo shooting mode is the same as the conventional one, and the description thereof is omitted.
[0057]
As described above, according to the transmission electron microscope, in addition to the effect of the extended MDS described above, the focusing position can be easily indicated on the tilt axis J in a short time. Line damage can be minimized.
[0058]
The basic operation and operation at the time of taking a picture have been described above. However, since the shooting point and the focusing position may be set on the tilt axis J of the tilt axis pattern, the shooting point is not necessarily the field of view. It is not necessary to match the center marker M. Further, a plurality of shooting points can be set on the tilt axis J, and the shooting order of the shooting points in that case may be set appropriately by the operator. In the display control device 22 or the main body control unit 30, For example, the shooting order of the shooting points may be automatically determined in order from the left of the tilt axis J or randomly using a random number. In this case, after the shooting of one shooting point is completed, the electron beam EB may be deflected to the next shooting point.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main part of an embodiment of a transmission electron microscope according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of display of a tilt axis pattern.
3 is a diagram showing an example of a screen displayed on a monitor 24 in a visual field search mode in the transmission electron microscope shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of MDS;
FIG. 5 is a timing chart of a series of operations in MDS.
FIG. 6 is a diagram for explaining a problem of MDS.
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a transmission electron microscope equipped with an extended MDS function.
FIG. 8 is a diagram for explaining a function of extended MDS;
FIG. 9 is a diagram for explaining a problem to be solved by the present invention.
[Explanation of symbols]
EB ... electron beam, 3 ... focusing lens, 4 ... sample, 5 ... objective lens, 6 ... intermediate lens, 7 ... projection lens, 8 ... fluorescent plate, 10 ... photographing device, 11 ... shutter plate, 20a, 20b ... deflection coil, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... TV camera, 22 ... Display control apparatus, 23 ... Input device, 24 ... Monitor, 30 ... Electron microscope main body control part, 31 ... Inclination and rotation mechanism.

Claims (1)

電磁レンズ、偏向コイル等の電子顕微鏡本体各部を制御する電子顕微鏡本体制御部と、
試料を傾斜あるいは回転させるための傾斜・回転機構と、
蛍光板に結像された像を撮像するTVカメラと、
表示制御装置と、
入力装置と、
モニタと
を備え、
電子顕微鏡本体制御部は、傾斜・回転機構によって試料が傾斜あるいは回転された場合、または電磁レンズにより蛍光板上の像が回転された場合に、傾斜方向とその角度、あるいは回転方向とその角度に基づいて傾斜軸情報を生成して表示制御装置に通知し、
表示制御装置は、TVカメラで撮像された拡大像をモニタに表示すると共に、電子顕微鏡本体制御部から受けた傾斜軸情報に基づいてモニタに傾斜軸パターンを表示し、入力装置によって焦点合わせ位置が指示された場合には、当該指示位置から距離が最も近い傾斜軸パターンの傾斜軸上に焦点合わせ位置を設定して、その焦点合わせ位置の情報を電子顕微鏡本体制御部に通知し、
電子顕微鏡本体制御部は、表示制御装置から受けた焦点合わせ位置の情報に基づいて、電子線を当該焦点合わせ位置に集束して照射するように電子顕微鏡本体の各部を制御する
ことを特徴とする透過型電子顕微鏡。
An electron microscope main body control unit for controlling each part of the electron microscope main body such as an electromagnetic lens and a deflection coil;
A tilting / rotating mechanism for tilting or rotating the sample;
A TV camera that captures an image formed on the fluorescent screen;
A display control device;
An input device;
With a monitor,
When the specimen is tilted or rotated by the tilt / rotation mechanism, or when the image on the fluorescent screen is rotated by the electromagnetic lens, the electron microscope main body control unit is based on the tilt direction and its angle, or the rotation direction and its angle. To generate tilt axis information and notify the display controller,
The display control device displays an enlarged image captured by the TV camera on the monitor, and displays a tilt axis pattern on the monitor based on the tilt axis information received from the control unit of the electron microscope, and the focus position is determined by the input device. If instructed, set the focus position on the tilt axis of the tilt axis pattern that is closest to the indicated position, and notify the electron microscope main body control unit of information on the focus position,
The electron microscope main body control unit controls each part of the electron microscope main body so as to focus and irradiate the electron beam on the focus position based on the information on the focus position received from the display control device. Transmission electron microscope.
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